多網融合的環(huán)境狀況遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)設計
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2.2.1 GPRS/GSM網絡接口
STC12C5A60S2_2通過GPRS模塊連接GPRS/GSM網絡和Internet。GPRS模塊主要采用明基公司的M23G設計，其內部集成PPP和TCP／IP協(xié)議棧；支持網絡類型GPRS Class 8，GPRS Class B；共支持三個頻段：EGSM 900MHz、DCS1800MHz和PCS1900 MHz，具有短消息服務、語音通話、數(shù)據(jù)傳真等功能[3]。設計的GPRS模塊工作穩(wěn)定可靠，性價比高。
M23G的工作電壓是3.3~4.5 V，設計電源的時候取3.8 V的電壓，模塊在工作中最大的瞬間電流能夠達到2 A，考慮到大電流的需要，采用開關型可調高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片LM2941構造GPRS電源。
STC12C5A60S2_2與M23G模塊采用串行方式通信,波特率為9 600 b/s。M23G的DSR引腳與單片機的P2.4口相連，DSR為高表示模塊處在數(shù)據(jù)模式，為低表示處在命令模式。M23G的DTR引腳與單片機的P1.1口相連，可通過控制此引腳電平的高低時間來進行M23G的數(shù)據(jù)態(tài)和命令態(tài)的切換。
2.2.2 PSTN網絡接口
STC12C5A60S2_2經由eModem撥號，通過PSTN網絡連接遠端計算機。天石科技公司的串行總線eModem是5V TTL電平，可直接與單片機進行串行通信。該eModem具有14.4 kb/s～56 kb/s的傳輸速率, 支持V.32bis、V.34和V.90標準, 支持標準AT命令集撥號/自動應答功能, 具有普通Modem 的大部分技術參數(shù)及功能, 可方便地嵌入到微控制器設計中[4]。因為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，eModem的流控功能可以不使用。STC12C5A60S2_2可通過P1.4引腳控制eModem進行復位。
3 軟件設計
無線監(jiān)測節(jié)點和網關中使用的單片機均為STC12C5A60S2，其固件用C51語言編寫，在Keil uVision3中編譯生成。監(jiān)控中心的軟件用LabVIEW設計，服務器網頁用ASP語言編寫。
3.1 Ad hoc網絡
Ad hoc網絡中的無線節(jié)點除了要采集傳感器數(shù)據(jù)，進行人機交互外,還要查找路由，替其他節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)。維護網絡是一項很復雜的工作，采用傳統(tǒng)的單一線程結構不能很好地滿足要求。因此，從程序開發(fā)、維護方便的角度出發(fā)，將嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)Small RTOS51移植于無線節(jié)點中的STC12C5A60S2單片機。
Small RTOS51具有公開源代碼、可移植、可固化、占先式、中斷管理和RAM需求小的特點[5]。如圖4所示，讓Ad hoc網絡的AODVjr協(xié)議棧及其上層運行于Small RTOS51之上。網絡層采用AODVjr路由算法，它可能要同時處理查找路由、維護路由、收發(fā)數(shù)據(jù)等工作， Small RTOS51能夠即時處理上述幾種任務，同時給應用層程序提供多任務接口。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157096.htm
3.2 GPRS/GSM網絡
單片機主要通過AT命令控制GPRS模塊，以實現(xiàn)GPRS網絡的連接、PDP激活、以太網接入和數(shù)據(jù)傳輸。GPRS模塊常用的AT如表1所示。
3.3 PSTN網絡
網關連接的eModem工作在自動應答的主叫模式下,單片機主要通過表2的AT命令對eModem進行設定和通信控制。通信主要有三個步驟：(1)初始化：設定結果碼格式，回顯命令及應答方式；(2)呼叫或應答：進入實際的數(shù)據(jù)/命令通信過程；(3)斷開連接：掛機。
3.4 計算機端軟件
服務器采用微軟的IIS(Internet Information Service)技術，利用ASP語言編寫動態(tài)網頁代碼，網關發(fā)送來的數(shù)據(jù)由服務器接收后，保存在后臺ACCESS數(shù)據(jù)庫中，操作者可登錄服務器查詢遠程WSN的狀況。
遠端監(jiān)控中心通過普通Modem連接PSTN網絡，其計算機監(jiān)測軟件采用美國國家儀器NI(National Instruments)公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW實現(xiàn)。它可以為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠將繁瑣復雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便。
利用LabVIEW也可以很方便地作圖，把Modem接收到的溫濕度數(shù)據(jù)進行直觀顯示，圖5是用LabVIEW設計的軟件界面。
融合Ad hoc網絡、GPRS/GSM和PSTN的遠程分布式系統(tǒng)可以充分發(fā)揮各種有線與無線、短距離與長距離網絡的特點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，對環(huán)境狀況進行實時監(jiān)測。系統(tǒng)硬件成本低廉，對供電和通信網絡的需求少，通信費用低，適用性廣，人機交互界面友好，管理操作簡單。適當改換傳感器，系統(tǒng)即可在工農業(yè)監(jiān)控、環(huán)境檢測、安防、智能家電、醫(yī)學等實際應用中廣泛推廣，產生良好的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] CHAKERES I D, KLEIN-VERNDT L. AODVjr, AODV simplified[J]. Mobile Computing and Communication Review,2002,6(3):100-101.
[2] 宏晶科技有限責任公司.STC12C5A60S2單片機器件手冊[G]. 2009.
[3] BenQ Corp..M23 Datasheet(Version 0.1)[G]. 2006-11-1.
[4] 北京天石科技有限責任公司.嵌入式調制解調器eModem使用說明書[G]. 2001.
[5] 陳明計,周立功.嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.
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